Review Jurnal Internasional Bioremediation: A boon to hydrocarbon degradation

Judul

Bioremediation: A boon to hydrocarbon degradation

Penulis

Sheetal Sonawdekar Department of Biotechnology and Bioinformatics, Dr D Y Patil University Belapur, Navi Mumbai 400614 India

Jurnal

International Journal Of Environmental Sciences Volume 2, No 4, 2012 Issn 0976 – 4402

Abstrak

The origin of oil and gas industry in India can be traced back to 1867 when oil was struck at Makum near Margherita in Assam. Since then the consumption and demand of different petroleum products has been increasing steadily. As the usage of these products has increased, it has also given rise to certain problems in the environment such as soil contamination, health risks to the habitual organisms etc. some petroleum products have been found to exert carcinogenic and neurotoxic effects. Though several mechanical and chemical methods are followed for the degradation of these products the rate of contamination is quite high and that makes these methods very expensive. In view of this situation bioremediation gives a better solution compared to the currently existing methods. It provides efficacy, safety on long term use, cost and simplicity of administration with promising opportunity for creating better environment.

Keywords: bioremediation, petroleum degradation, petroleum degrading bacteria, in-situ bioremediation, ex-situ bioremediation, biochemical analysis of degradation

Tujuan Penelitian

Mengurangi dan mengembalikan lingkungan ke keadaan lebih baik akibat penambangan minyak bumi yang dapat diterapkan dengan efisien, berkontinuitas lebih lama dengan biaya serendah-rendahnya.

Latar Belakang

Di India, total konsumsi minyak pada tahun 2009 adalah 82,769,370.4 bbl / hari. Dengan konsumsi tinggi seperti, tumpahan minyak yang tak terelakkan.  Jumlah alami rembesan minyak mentah diperkirakan 600.000 metrik ton per tahun dengan berbagai ketidakpastian 200.000 metrik ton per tahun. Pelepasan hidrokarbon ke lingkungan baik sengaja atau karena aktivitas manusia merupakan penyebab utama pencemaran air dan tanah. Tumpahan minyak ini bahkan dapat menyebabkan kerusakan organisme laut dan pantai.

Proses bioremediasi didefinisikan sebagai penggunaan mikroorganisme untuk detoksifikasi atau menghilangkan polutan karena kemampuan metabolisme untuk menghilangkan dan mendegradasi banyak polusi lingkungan termasuk produk dari industri perminyakan. Bioremediasi merupakan pilihan yang menawarkan kemungkinan untuk menghancurkan berbagai kontaminan berbahaya menggunakan aktivitas biologis alami. Dengan demikian penggunaan bioremediasi relatif murah, teknik-teknologi yang mudah, juga mudah diterima oleh masyarakat umum.

Petroleum dan produk minyak bumi adalah campuran yang sangat kompleks dan beragam. Minyak bumi didefinisikan sebagai campuran gas alam, kondensat, dan minyak mentah. Minyak mentah dapat terdiri dari ribuan senyawa individu dengan hidrokarbon mewakili 50-98 persen dari berat total minyak mentah.

Hidrokarbon Petroleum umumnya dibagi menjadi dua kelompok: aliphatic dan aromatik. Aliphatic termasuk alkana yang mengandung ikatan tunggal antara atom karbon dan memiliki formula C alkena, yang mengandung satu atau lebih ikatan ganda antara atom dan memiliki formula C dan sikloalkana, yang mengandung atom karbon dalam siklik struktur. Aromatik memiliki satu atau lebih benzena cincin sebagai bagian dari struktur mereka. Monoaromatik adalah aromatik dengan satu cincin benzena sebagai bagian dari struktur mereka, hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH) yang aromatik dengan dua atau lebih cincin benzena menyatu.

Minyak mentah mengandung BTEX kurang dari bensin. Rata-rata, minyak mentah mengandung sekitar 1% PAH. Biasanya, minyak mentah mengandung konsentrasi tinggi hidrokarbon alifatik dan konsentrasi yang lebih rendah dari hidrokarbon aromatik.

Beberapa hidrokarbon aromatik yang diketahui atau diduga karsinogen manusia, dan diklasifikasikan sebagai polutan prioritas diatur oleh US Environmental Protection Agency (USEPA).

Metode Penelitian

Bioremediasi dapat dilakukan dengan menggunakan in situ bioremediasi, ex bioremediasi situ atau fitoremediasi.

In-Situ Bioremediasi Tanah

In-situ teknik tidak memerlukan penggalian tanah terkontaminasi jadi mungkin lebih murah, membuat lebih sedikit debu, dan menyebabkan kurang pelepasan kontaminan dari teknik ex-situ.

Jenis utama dari in-situ bioremediasi adalah sebagai berikut:

a. Bioremediasi Intrinsik

Jenis bioremediasi ini terjadi secara alami di dalam tanah atau air yang terkontaminasi. Penerapan teknik ini membutuhkan pemantauan ketat degradasi kontaminan untuk memastikan bahwa kesehatan lingkungan dan manusia dilindungi.

Bioremediasi intrinsik merupakan pilihan ketika tingkat alami biodegradasi kontaminan lebih cepat dari laju migrasi kontaminan. Angka ini relatif tergantung pada jenis dan konsentrasi kontaminan, komunitas mikroba, dan bawah permukaan kondisi hydrogeochemical.

b. Rekayasa Bioremediasi

Rekayasa bioremediasi dilaksanakan bila dirasakan kontaminan telah banyak menimbulkan kerugian dan perlu cepat ditindak lanjuti.

c. Biostimulasi

Bioremediasi jenis ini dilakukan dengan penstimulasi nutrisi dan oksigen  yang berguna untuk mendorong pertumbuhan dan aktivitas bakteri yang sudah ada di tanah atau air.

d. Bioventing

Sistem bioventing memberikan tekanan melalui sumur injeksi ditempatkan di tanah di mana kontaminasi ada. Jumlah, lokasi, dan kedalaman sumur tergantung pada banyak faktor geologi dan teknik pertimbangan hidrokarbon.Blower udara dapat digunakan untuk mendorong atau menarik udara ke dalam tanah melalui sumur injeksi. Udara mengalir melalui tanah dan oksigen di dalamnya digunakan oleh mikroorganisme. Nutrisi dapat dipompa ke dalam tanah melalui sumur injeksi. Nitrogen dan fosfor dapat ditambahkan untuk meningkatkan laju pertumbuhan mikroorganisme.

e. Injeksi Hidrogen Peroksida

Proses ini memberikan oksigen untuk merangsang aktivitas mikroorganisme alami oleh sirkulasi hidrogen peroksida melalui tanah yang terkontaminasi untuk mempercepat bioremediasi kontaminan organik..

f. Bioaugmentasi

Sampai saat ini, metode ini belum sangat sukses bila dilakukan di lokasi kontaminasi karena sulit untuk mengontrol kondisi situs untuk pertumbuhan optimal mikroorganisme ditambahkan.

Ex-situ bioremediasi

teknik ini melibatkan penggalian atau penghapusan tanah yang terkontaminasi dari tanah.

a. Landfarming

Ini adalah teknik sederhana di mana tanah yang terkontaminasi digali dan tersebar di tempat tidur disiapkan dan berkala diserahkan sampai polutan terdegradasi. Tujuannya adalah untuk merangsang mikroorganisme biodegradative adat dan memfasilitasi degradasi aerobik mereka kontaminan. Secara umum, praktek terbatas pada pengobatan dangkal 10-35 cm dari tanah. Sejak landfarming memiliki potensi untuk mengurangi pemantauan dan pemeliharaan, serta kewajiban bersih-bersih, telah menerima banyak perhatian sebagai alternatif pembuangan.

b.Pengomposan

Ini adalah teknik yang melibatkan menggabungkan tanah yang terkontaminasi dengan amendants organik tidak berbahaya seperti pupuk kandang atau limbah pertanian. Kehadiran bahan-bahan organik mendukung pengembangan populasi mikroba yang kaya dan karakteristik suhu tinggi dari pengomposan.

c.Biopiles

Teknik ini adalah hibrida dari landfarming dan pengomposan. Pada dasarnya, sel direkayasa dibangun sebagai diangin-anginkan tumpukan kompos. Biasanya digunakan untuk pengobatan permukaan kontaminasidengan hidrokarbon minyak bumi mereka adalah versi halus landfarming yang cenderung mengontrol kerugian fisik kontaminan oleh pencucian dan penguapan. Biopiles menyediakan lingkungan yang menguntungkan bagi penduduk asli mikroorganisme aerobik dan anaerobik.

d. Bioreactors

Ini adalah jenis pengobatan fase bubur. Reaktor slurry atau reaktor air yang digunakan untuk pengobatan tanah yang terkontaminasi dan air dipompa dari segumpal terkontaminasi. Bioremediasi di reaktor melibatkan pengolahan terkontaminasi bahan padat (tanah, sedimen, lumpur) atau air melalui sistem penahanan direkayasa. Sebuah bioreaktor bubur adalah penahanan kapal dan peralatan yang digunakan untuk membuat tiga-fase (padat, cair, dan gas) kondisi pencampuran untuk meningkatkan tingkat bioremediasi polutan tanah terikat dan larut dalam air sebagai lumpur air tanah dan biomassa yang terkontaminasi ( biasanya mikroorganisme asli) mampu menurunkan kontaminan sasaran. Secara umum, tingkat dan luasnya bioremediasi oleh bioreaktor lebih baik dari in situ bioremediasi karena kontak yang lebih baik antara mikroorganisme dan kontaminan.

e. Fitoremediasi

Sebuah bentuk baru dan berkembang pesat dari bioremediasi adalah fitoremediasi, yang menggunakan tanaman hijau dan biota mereka terkait dengan menghancurkan, menghapus, mengandung, atau detoksifikasi kontaminan lingkungan.

Hasil dan Pembahasan

Mikroorganisme dalam bioremediasi bertindak melawan kontaminan hanya ketika mereka memiliki akses ke berbagai bahan, senyawa untuk membantu mereka menghasilkan energi dan nutrisi untuk membangun lebih banyak sel.

Dalam beberapa kasus, kondisi alam di lokasi yang terkontaminasi menyediakan semua bahan penting dalam jumlah yang cukup besar yang bioremediasi dapat terjadi tanpa campur tangan manusia, proses yang disebut bioremediasi intrinsik Lebih sering, bioremediasi membutuhkan pembangunan sistem rekayasa untuk memasok mikroba-merangsang bahan- proses yang disebut rekayasa bioremediasi

Rekayasa bioremediasi bergantung pada percepatan reaksi biodegradasi yang diinginkan dengan mendorong pertumbuhan organisme yang lebih, serta dengan mengoptimalkan lingkungan di mana organisme harus melaksanakan reaksi detoksifikasi.

In-situ air tanah bioremediasi bisa efektif untuk berbagai hidrokarbon minyak bumi. Meskipun ada beberapa pengecualian seperti rantai pendek, berat molekul rendah, lebih larut dalam air konstituen yang terdegradasi lebih cepat dan menurunkan kadar residu daripada rantai panjang, berat molekul tinggi, konstituen kurang larut.

Berikut teknik yang umum digunakan untuk memantau proses biodegradasi

Respirometry

Tingkat produksi karbon dioksida dan konsumsi oksigen diukur dalam tanah dengan respirometer tanah atau aparat respirometry elektrolit. Teknik ini muncul untuk memberikan perkiraan yang akurat dari aktivitas mikroba dalam tanah dengan kandungan bahan organik yang rendah.

Gas Chromatography (GC)

Teknik ini mengidentifikasi dan mengkuantifikasi kontaminan dengan memisahkan campuran organik kompleks menjadi komponen-komponennya. Ekstrak sampel disuntikkan ke dalam ruang dipanaskan dan kemudian dibawa melalui kolom oleh gas inert (fase gerak). Analit melewati bahan penyerap (fase diam). Dari kromatogram dan informasi yang terkandung dalam laporan, banyak komponen dapat diidentifikasi secara akurat dan diukur. Teknik ini dapat digunakan sendiri atau dalam kombinasi dengan Mass Spectrosbcopy (MS) atau api ionisasi Analisis (FIA) dari analit dipisahkan.

Teknik Luminescence

kasetgen Reporter terdiri dari gen luciferase dan urutan promotor-kontaminan spesifik dimasukkan ke host bakteri. Ekspresi mereka diinduksi oleh kontaminan dari

kepentinganhidrokarbon.Pengukuran cahaya yang dipancarkan oleh sistem tersebut mencerminkan aktivitas metabolisme bakteri secara real time. Teknik ini memiliki aplikasi yang terbatas dalam multi-spesies komunitas mikroba merendahkan minyak dan di bawah kondisi lapangan.

Analisis Fluoresensi

Selama analisis fluoresensi senyawa, eksitasi dan spektrum emisi dicatat. Spektrum ini dapat dimanipulasi dan digunakan untuk identifikasi senyawa. Teknik ini digunakan untuk sidik jari minyak dan telah menjadi bagian dari prosedur analitis dasar dan rutin dalam analisis berikut tumpahan minyak di perairan pesisir. Meskipun berharga sebagai sarana yang cepat diskriminasi antara beberapa sumber menduga kapasitas diskriminatif metode ini sangat terbatas (Degradasi Pemantauan Minyak di Metamicrobe.com).

Penggunaan biomarker minyak bumi intern

Teknik ini mengukur peningkatan relatif dalam konsentrasi biomarker internal di minyak sumber selama pelapukan dan biodegradasi. Metode ini bergantung pada Gas Chromatography / Flame Ionisasi Detection (GC / FID) dan GC / MS untuk menentukan jumlah minyak atau konsentrasi analit tertentu. Beberapa asumsi yang dibuat dalam menerapkan teknik ini: (1) sumber kontaminasi telah diidentifikasi dan terutama satu sumber, (2) biomarker tersebut tidak terbentuk atau terdegradasi akibat aktivitas mikroba, (3) efisiensi ekstraksi penanda kimia adalah sama dengan sisa komponen minyak lainnya. Pendekatan ini memungkinkan pemantauan degradasi efektif dalam kondisi variabel.

Penentuan Jumlah Bensin Hidrokarbon (TPH) oleh Infrared Spectrometry (IR) dan Gas Chromatography (TPH-IR dan TPH-GC)

Sampel minyak massa pelarut diekstrak dan total terlarut hidrokarbon selanjutnya diukur dengan membandingkan penyerapan inframerah dari cairan ekstraksi terhadap bahwa campuran hidrokarbon kontrol. Metode ini ditandai dengan kompleksitas teknis yang rendah dan kuantifikasi cepat kontaminan minyak